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Tipo: Tese
Título: Difusão e cinética de decomposição do ozônio no processo de fumigação de grãos de milho (Zea mays)
Título(s) alternativo(s): Diffusion and kinetics of ozone decomposition during corn (Zea mays) fumigation
Autor(es): Santos, Joseane Erbice dos
Primeiro Orientador: Faroni, Lêda Rita D'antonino
Primeiro coorientador: Martins, Márcio Arêdes
Segundo coorientador: Martins, José Helvécio
Primeiro avaliador: Silva, Jadir Nogueira da
Segundo avaliador: Santos, Jamilton Pereira dos
Terceiro avaliador: Urruchi, Wilfredo Milquiades Irrazabal
Abstract: A necessidade de encontrar alternativas para o controle de insetos-praga estimula o desenvolvimento de pesquisas visando à obtenção de novos métodos e técnicas que possibilitem a manutenção e preservação da qualidade dos produtos. Uma das alternativas é a utilização da atmosfera modificada, empregando-se o gás ozônio (O3) como fumigante. O ozônio é um forte agente oxidante e biocida, que pode ser gerado por meio de uma descarga elétrica, descartando-se a necessidade de manipulação, armazenamento ou eliminação de embalagens. Este trabalho foi desenvolvido com os objetivos de analisar a concentração residual do gás ozônio depois da fumigação de grãos de milho; determinar o tempo necessário para a saturação e modelar a cinética de decomposição do gás ozônio na massa de grãos; avaliar o efeito da saturação nas características fisiológicas dos grãos; e determinar o coeficiente efetivo de difusão, considerando-se os processos de difusão e decomposição do O3. O gás ozônio foi obtido por um gerador desenvolvido pelo Departamento de Física do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA). Para determinar a cinética de decomposição, foram utilizadas três amostras de 1 kg de grãos de milho, com teor de água em média de 12,8% b.u. Cada amostra foi acondicionada em um recipiente de vidro com capacidade para 3,25 L e submetida à atmosfera modificada com 100 ppm do gás ozônio, a uma vazão de 4,6 L min-1. A concentração residual de O3 foi medida em intervalos regulares de tempo até que se mantivesse constante, o que indicava o estado de saturação do sistema O3-milho. A cinética de decomposição foi determinada a partir da saturação da massa porosa de grãos pelo gás, acompanhando a variação da concentração em função do tempo. O estudo de cinética de decomposição do O3, para grãos previamente saturados, foi realizado testando-se os modelos de cinética de ordem zero, de primeira e segunda ordens e de ordem dois terços. Determinou-se o teor de água do produto e, para avaliar as características fisiológicas, efetuaram-se os testes de potencial de germinação e de condutividade elétrica. O coeficiente efetivo de difusão foi determinado, utilizando-se três amostras de 1 kg de grãos de milho acondicionados em uma coluna cilíndrica em aço inox acoplada a uma câmara de gás, e o método utilizado foi uma adaptação da célula de diafragma. Posteriormente, desenvolveu-se um modelo de difusão considerando o regime estacionário no meio poroso. Na determinação da concentração residual do ozônio, tanto para a cinética de decomposição quanto para o coeficiente efetivo de difusão, o gás era absorvido em uma solução acidificada de iodeto de potássio, e o iodo liberado era titulado com tiossulfato de sódio, utilizando-se suspensão de amido como indicador. Aos dados de concentração residual de ozônio, foi ajustada uma função do tipo exponencial, e o modelo que melhor se ajustou aos dados de cinética de decomposição foi o de primeira ordem. A constante de taxa de decomposição (k), que é dada pela inclinação da reta, foi de 0,1243 min-1, e o tempo de meia vida, que evidencia a interação do sistema O3-milho, foi de 5,57 min. A análise dos dados e a interpretação dos resultados permitiram concluir que o O3 se decompõe, durante o processo de fumigação do milho, em duas fases distintas: uma decomposição inicial e rápida devido à saturação dos sítios ativos, nos primeiros 70 min, seguido por uma decomposição mais lenta; os grãos de milho não apresentam alterações nas características fisiológicas depois da saturação com o gás ozônio; o coeficiente efetivo de difusão do ozônio através da massa de grãos de milho é de 1,29x10-2 cm2 s-1 e, para efeito de validação e comparação do resultado obtido, o coeficiente efetivo de difusão do ozônio em grãos de milho, calculado por meio do modelo teórico de Brokaw, é de 1,31x10-2 cm2 s-1 para porosidade previamente obtida de 0,40.
The need to find alternatives for insect pest control promotes research seeking to develop new methods and techniques for maintenance and preservation of product quality. One alternative is the use of modified atmosphere, using ozone gas (O3) as fumigant. Ozone is a strong oxidizing and biocide agent produced by electric discharge, without the need for handling, storage or packaging disposal. The objectives of this work were to to analyze the gas residual concentration after grain fumigation; determine the time for saturation and model the gas decomposition kinetics in the grain mass; evaluate the effect of saturation on grain physiological characteristics and determine the effective diffusion coefficient, considering the diffusion and decomposition of O3. Ozone was obtained from a generator developed by the Physics Department of the Technological Institute of Aeronautics (ITA). To determine the decomposition kinetics, three samples of 1 kg of maize grains with 12.8% wb average moisture . Each sample was stored in a 3.25 L glass container and subjected to atmosphere modified with 100 ppm of ozone gas at 4.6 L min-1 flow rate. O3 residual concentration was measured at regular intervals until steady rate, which indicated the saturation of the O3- maize system. Decomposition kinetics was determined from the saturation of the grain porous mass by the ozone, following the change in concentration with time. The O3 kinetics decomposition for previously saturated grain was studied by testing zero-, first-, second- and two-third order kinetics models. Grain moisture content was determined, and to evaluate the physiological characteristics, germination and electrical conductivity tests were carried out. The effective diffusion coefficient was determined, using three samples of 1 kg of grains packed in a stainless steel cylindrical column attached to a gas chamber, which was an adaptation of the diaphragm cell. Subsequently, a diffusion model was developed, considering the steady state in porous medium. To determine the ozone residual concentration, both for the decomposition kinetics and the effective diffusion coefficient, the gas was absorbed in an acidified potassium iodide solution, and the released iodine was titrated with sodium thiosulfate, using starch suspension as indicator. An exponential function was adjusted to data on ozone residual concentration and the first order model gave the best fit to the decomposition kinetics data. The decomposition rate constant (k), which is given by the slope of the line, was 0.1243 min-1, and the half-life time, which confirms the interaction of the O3-maize system was 5.57 min. The results led to the conclusion that O3 gets decomposed, during maize fumigation to two distinct phases: an initial and rapid decomposition due to the saturation of active sites in the first 70 min, followed by a slower decomposition. Maize grains showed no changes in physiological characteristics after saturation with ozone. The coefficient of effective diffusion for ozone through the grain mass is 1.29 x 10-2 cm2 s-1 and, for validation and comparison purposes, the ozone effective diffusion coefficient in maize grain, calculated by the Brokaw s theoretical model, was 1.31 x 10-2 cm2 s-1 for previously porosity of 0.40.
Palavras-chave: Difusão do gás ôzônio
Taxa de decomposição do gás ozônio
Coeficiente efetivo de difusão
Ozone gas diffusion
Ozone gas decomposition rate
Effective diffusion coefficient
CNPq: CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::ENGENHARIA AGRICOLA::ENGENHARIA DE PROCESSAMENTO DE PRODUTOS AGRICOLAS::PRE-PROCESSAMENTO DE PRODUTOS AGRICOLAS
Idioma: por
País: BR
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Sigla da Instituição: UFV
Departamento: Construções rurais e ambiência; Energia na agricultura; Mecanização agrícola; Processamento de produ
Programa: Doutorado em Engenharia Agrícola
Citação: SANTOS, Joseane Erbice dos. Diffusion and kinetics of ozone decomposition during corn (Zea mays) fumigation. 2008. 64 f. Tese (Doutorado em Construções rurais e ambiência; Energia na agricultura; Mecanização agrícola; Processamento de produ) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2008.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://locus.ufv.br/handle/123456789/644
Data do documento: 26-Fev-2008
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